Testo
L’esperimento MiniBooNE condotto a FERMILAB ha pubblicato in anteprima gli ultimi risultati ottenuti (paper: https://arxiv.org/abs/1805.12028).
Questi risultati confermano un’anomalia riscontrata per la prima volta dall’esperimento LSND condotto negli anni ’90. Altri esperimenti condotti successivamente non erano riusciti a replicare i dati raccolti da LSND, questa appena presentata é la prima evidenza sperimentale che risulta in accordo.
I neutrini sono la particella più strana appartenente al Modello Standard, ossia il gruppo costituito da particelle elementari (i mattoncini fondamentali di cui é costituita la materia). All’interno del Modello Standard esiste un sottogruppo di particelle fondamentali chiamate Leptoni: sicuramente avrete già sentito parlare dell’elettrone, a cui si affiancano muone (principale costituente dei raggi cosmici che arrivano sulla superficie terrestre) e tauone.
Questi 3 Leptoni hanno dei corrispondenti neutrini: il neutrino elettronico, il neutrino muonico e il neutrino tauonico ed esistono anche le antiparticelle dei neutrini, ovvero antineutrino elettronico, antineutrino muonico e antineutrino tauonico.
Per brevità mi limito ad elencare alcune delle stranezze dei neutrini:
– Sono particelle incredibilmente leggere. Ci sono indicazioni da osservazioni astronomiche e da esperimenti di misura diretta che prevedono una massa nell’ordine di 1 elettronvolt (o meno). L’elettrone, una particella estremamente leggera, ha una massa pari a 511’000 elettronvolt.
– Sono particelle senza carica elettrica. Per questo motivo non si sa ancora se abbiano effettivamente delle antiparticelle, o siano la loro stessa antiparticella. Quest’ultima teoria fu originalmente sviluppata dal fisico italiano Ettore Majorana, nel 1937.
– Sono particelle estremamente abbondanti, ma che non interagiscono quasi mai con il resto della materia a noi conosciuta (interagiscono solo attraverso la Forza Debole e la Forza Gravitazionale): é per questo motivo che non serve un tunnel (Gelmini dixit) per sparare dei neutrini dal CERN, in Svizzera, ai Laboratori del Gran Sasso. Per poter rilevare un neutrino é necessario disporre di diverse centinaia di tonnellate di materiale bersaglio e anche in quel caso il numero di eventi visibili su scale temporali di 5-10 anni é nell’ordine delle decine (vedi OPERA, sotto)
– Oscillano. Cosa vuol dire? Vuol dire che un neutrino elettronico può ad un certo punto trasformarsi in un neutrino muonico, ad esempio.
– Il fatto che i neutrini oscillino ha portato le prime prove sperimentali (evidenziate dall’esperimento SuperKamiokande alla fine degli anni ’90) in forte contraddizione col Modello Standard. Il Modello Standard é “l’insieme di regole teoriche” che dovrebbe descrivere in modo soddisfacente il comportamento, il numero e la tipologia delle particelle elementari. L’oscillazione del neutrino rompe queste regole (il neutrino per oscillare deve avere massa, mentre il Modello Standard non prevede massa per i neutrini, inoltre i neutrini oscillando violano la conservazione del numero leptonico, che si dovrebbe invece conservare stando al Modello)
– La presenza massiccia di neutrini nell’Universo aveva portato gli scienziati ad ipotizzare che fossero i principali costituenti della Materia Oscura. In realtà, grazie alle evidenze sperimentali, oggi sappiamo che non possono esserlo per via della massa troppo ridotta. Tuttavia, non é finita: una delle particelle candidate a spiegare la presenza elevata di Materia Oscura nell’Universo é il neutrino sterile, una tipologia di neutrino ancora più “fantasma” dei neutrini “normali”, ma più pesante.
Diversi esperimenti al giorno d’oggi cercano di far luce su queste particelle estremamente strane e affascinanti. Tali esperimenti cercano di misurarne la massa, o definirne quantomeno un limite superiore (e.g. KATRIN, vedi segnalazione qui: 12 commenti), di stabilire se siano particelle di Majorana (e.g. CUORE vedi articolo [IT] http://home.infn.it/?option=com_content&view=article&id=592:il-metro-cubo-piu-freddo-dell-universo&catid=21&Itemid=453&lang=it), di misurarne le oscillazioni (e.g. OPERA vedi articolo [IT] /infn_-_neutrini_dal_cern_ai_laboratori_infn_del_gran_sasso_opera_presenta_i_risultati_finali_sulle_oscillazioni-3992449/) od eventualmente scoprire il “cugino” sterile.
In questo scenario i nuovi dati raccolti da MiniBooNE provocano un terremoto difficilmente pronosticabile fino a qualche giorno fa. Inoltre, un’ulteriore conferma sperimentale potrebbe consolidare quella che potrebbe essere la scoperta più decisiva per lo sviluppo di una nuova Fisica delle Particelle dai tempi della scoperta delle oscillazioni del neutrino (la scoperta del Bosone di Higgs, per quanto importante, non ha portato nulla di nuovo, per ora, rispetto alle teorie già formulate qualche decennio fa).
Perché tutto questo? MiniBooNE ha misurato l’apparizione di neutrini/antineutrini elettronici all’interno del proprio rivelatore. Queste apparizioni derivano dall’oscillazione di neutrini muonici in neutrini elettronici e sono normalmente previste.
Il problema é che non erano previste in così grande numero. Questo eccesso di eventi concorda molto bene con quanto visto dall’esperimento LSND, tanto che l’eccesso, combinando entrambi gli esperimenti, raggiunge una significatività di 6.1 sigma (in fisica ordinariamente si accetta una scoperta sperimentale se eccede o pareggia una significatività di 5 sigma).
Se si accettano questi risultati, significa che i dati non possono essere spiegati con l’ordinario Modello Standard.
Una spiegazione (fonte [EN] http://backreaction.blogspot.com/2018/05/new-results-confirm-old-anomaly-in.html?spref=tw&m=1) potrebbe essere data da:
– La presenza di neutrini sterili.
– Una violazione di simmetria (violazione dell’invarianza di Lorentz, violazione della simmetria CPT o violazione di entrambe)
In entrambi i casi vi sarebbe la necessità di una profonda revisione (o addirittura una sostituzione) del Modello Standard ed una nuova ondata di esperimenti volti a raccogliere dati che confermino meno le nuove formulazioni teoriche.
Motivo
L’introduzione è da rivedere con uno stile meno personale e più neutro, aggiungendo riferimenti (se possibile ad articoli divulgativi che siano accessibili a tutti). Idealmente, vale a dire dove possibile, ogni affermazione dovrebbe provenire dai link (esempio stupido: l’introduzione non deve dire che la terra è rotonda, ma che c’è un articolo che dice che la terra è rotonda).